《典型半導體團簇組裝材料的設計及其光學特性的研究》是依託浙江大學，由宋斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：典型半導體團簇組裝材料的設計及其光學特性的研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：宋斌
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
團簇組裝材料由於能夠把團簇所具有的量子限域效應所產生的奇異性質融入到功能材料之中，並通過控制團簇的尺寸、結構和周圍環境靈活調控組裝材料的性能，成為目前的研究熱點之一。至今，關於團簇組裝材料的研究主要集中在富勒烯和金屬基團簇等材料。而光電器件的微納化使作為其基礎的半導體材料的團簇組裝的研究顯得更為迫切。本項目選擇典型半導體材料為研究對象，利用第一性原理方法，採用自下而上的途徑，對團簇的組裝過程進行模擬計算。系統研究各類半導體的團簇在組裝過程中，團簇間相互作用和成鍵趨勢，深入研究團簇間環境變化對其組裝材料的性質影響，設計出各類半導體中性能優良的團簇組裝材料。並通過材料的光學特性的理論計算，評定它們在光電器件和觸媒等領域的套用前景和意義。為實現半導體團簇組裝材料的可控合成提供理論基礎。
結題摘要
團簇組裝材料是以穩定的團簇作為結構單元，在一維、二維或三維空間組裝出具有規則排列順序或有特定性質和功能的納米材料。團簇組裝材料以其特殊的結構和性質，給人們帶來了一個嶄新的視野。它的發展，對於製造性質可調的納米材料具有非常重要的意義。本項目採用基於密度泛函理論的第一性原理，以典型半導體材料為研究對象，在合理選擇和評定團簇結構和穩定性的基礎上，研究了團簇間的相互作用和成鍵趨勢，深入研究了團簇摻雜與其結構和性能之間，以及團簇組裝成材料後與其能帶結構、態密度和光學性能之間的關係，分別在一維、二維和三維維度上獲得了結構穩定的半導體團簇組裝材料，在此基礎上計算了各類半導體團簇組裝材料的光學性質，為實驗設計及合成團簇組裝材料提供了理論指導。獲得以下主要結果：（1）以籠狀Zn12O12氧化鋅團簇為結構單元，可組裝成穩定的氧化鋅團簇組裝材料。以團簇六邊形對六邊形方向組裝可使結構最穩定。通過對SOD-ZnO，FAU-ZnO，LTA-ZnO和R-ZnO四種氧化鋅團簇組裝材料的研究表明，氧化鋅團簇組裝材料的禁頻寬度都要比傳統纖鋅礦氧化鋅的大（3.45-4.06eV），可以作為製備紫外光探測器的材料。摻過渡金屬銅和鈷元素，可使吸收峰紅移，但不至於吸收可見光。四種氧化鋅團簇組裝材料的能帶組成部分與纖鋅礦氧化鋅相似，價帶主要由Zn的3d軌道和O的2p軌道構成。導帶主要由Zn的4s軌道和O的2p 軌道組成。（2）以Si12C12團簇為結構單元可組裝成低帶隙的穩定的碳化矽納米線，帶隙在0.1-1.6 eV之間，可用於製造紅外探測器。表面氫化或以有機小分子修飾可以使材料的禁頻寬度進一步擴大（最大到2.72eV）。研究發現摻氮、硼、磷和鋁等元素可有效改變Si12C12團簇組裝材料的帶隙和電子態密度。(3) 準平面結構的BnCm(n+m=1-13)碳化硼團簇，可組裝成低密度的二維結構。團簇之間以碳碳鍵連線最為穩定。帶隙隨團簇組分變化明顯（0.5-3eV）。（4）團簇相互作用的研究表明結構對稱性好的團簇在組裝過程中更容易保持單體結構不變。
